煤炭液化是将固体煤在适宜的反应条件下转化为洁净的液体燃料和化工原料的过程，工艺上分为直接液化、间接液化和由直接液化派生的煤油共炼工艺。煤通过加氢和加氢裂解反应可以脱除绝大部分杂原子，转化成外观类似石油的煤液体，但与石油的化学结构差别很大，这一工艺称为煤的直接裂化。自1973 年以来， 美国、德国和日本等发达国家相继开发了许多直接液化的新工艺。发展煤炭液化技术可弥补煤炭资源丰富国家石油资源的不足73。
煤炭气化是煤在特定的设备内，在适宜温度及压力下煤中有机质与气化剂（如水蒸气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为以CO2、H2和CH4等可燃气体为主要成分的生产过程。整体煤气化联合循环发电系统( IGCC)是目前煤炭气化较高效的应用领域之一。我们在下面一节将专门作出较为详细的介绍。
燃料电池是直接将资源的化学能转化为电能的技术，它是在一定条件下将氢气、天然气和煤气与空气中的氧气发生化学反应，将化学能转化为电能的过程。只要有燃料和氧化剂供给，就会有持续不断的电力输出，能量转换效率高达40%～50%，目前已应用于航天、军事等领域。
3．整体煤气化联合循环发电系统（IGCC）
煤炭行业也是高碳行业，实现清洁煤生产是实现其减排的根本途径。主要技术是利用整体煤气化联合循环发电系统（IGCC），它是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进发电系统。
IGCC的工艺过程如下：煤经过气化成为中低热值煤气；再经过净化除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料；而后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气透平做功，燃气轮机排气进入余热锅炉给水加热，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机做功。IGCC技术把高效的燃气-蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤气化技术结合起来，既有高发电效率，又有极好的环保性能，是一种有发展前景的洁净煤发电技术。
IGCC 发电技术把煤炭气化和煤气净化与联合循环发电技术结合在一起，具有明显特点：
①发电热效率高。目前国际上IGCC 电厂的净效率已达到43%以上，比常规亚临界燃煤电厂效率高5～7个百分点，随着燃气初温的进一步提高，IGCC 的净效率能达到50%或更高。
②优越的环保特性。在气化过程中脱硫率大于（或等于）98%，脱氮率可达90%，粉尘几乎为零，CO2达到零排放。
③耗水量少。IGCC比常规汽轮机电站少30%～50%，这使它更有利于在水资源紧缺的地区发挥优势，也适于在矿区建设坑口电站。
④易于大型化，单机功率可达到300兆～600兆瓦以上74。
⑤综合利用煤炭资源，组成多联产系统，可以同时生产电、热、燃气和化工产品。
IGCC发展的障碍与展望
IGCC被誉为“21世纪最具发展希望的一种洁净煤电技术之一”，制约IGCC快速发展的关键因素主要有以下三点：
（1）投资高。比常规燃煤电厂的造价高20%以上。目前，国外IGCC电站造价为1200～1600美元/千瓦，其中设备投资约占总投资的70%。此外，如果增加CO2回收捕捉装置，则每千瓦的造价约上升30%。只有当IGCC投资费用和发电成本降低到能够与烟气脱硫火电厂（PC+FGD）相抗衡时，IGCC才有可能在发电市场获得一定数量的应用。同时IGCC投资的降低主要还依靠规模经济效应和批量生产的作用，乐观地估计，这个发展阶段任务有可能在21世纪中期完成。
（2）操作灵活性低和变负荷性能差。虽然近几年IGCC电站的设备可靠性、电站可用率都有了明显的提高，但其技术特点决定IGCC电站不适用于电网调峰。首先，气化装置只能在负荷范围50%～100%内运行，造成IGCC电站的变负荷范围窄；其次，IGCC电站的变负荷速率不可以太高，一般认为调解负荷率为3%/分钟左右(常规燃煤电厂8%/分钟)；再次，IGCC启动时间长，热启动需要1.5 小时到2天，冷启动大概需要2～3天；最后，受燃气轮机部分负荷效率低的影响，IGCC部分负荷时的效率会大大降低大。
（3）可用率低。由于停机时间长，目前世界示范IGCC电厂的可用率在70%～85%。通过近几年各国学者的研究和示范电厂的运行，上述问题对IGCC 电厂的影响正在逐渐降低。IGCC电厂具有发电效率高、燃料适应性广、环保特性优越、可实现CO2的近零排放和多联产等优点，使其具有越来越强的竞争力。
4．建筑节能
建筑能耗即建筑使用能耗，包括采暖空调、热水供应、家用电器、照明等方面的能耗。其中，以建筑采暖和空调能耗为主，占建筑总能耗的50%～70%。建筑能耗的快速增加是造成能耗快速增加的一个主要因素。因此，研究和开发建筑节能的新技术途径和提高建筑能源的利用效率，是发展低碳经济、建设低碳社会的必然选择。
实现建筑节能，一般从两个方面着手：第一，降低建筑的能耗量。在建筑中保持能源，提高建筑中的能源利用率，减少能量损失，这也就一般人们所说的节能建筑。第二，利用新能源，实现建筑的“零耗能”75。
实现节能建筑的方法与技术
（1）提高能源使用效率，降低能耗
提高能源使用效率，一般通过以下两种方式。
①建筑规划与设计。在建筑规划和设计时，根据大范围的气候条件影响，针对建筑自身所处的具体环境气候特征，重视利用自然环境( 如外界气流、雨水、湖泊和绿化、地形等) 创造良好的建筑室内微气候，以尽量减少对建筑设备的依赖。例如，合理选择建筑的地址设计；合理设计建筑形体，以改善既有的微气候等。
②围护结构。建筑的围护结构组成部件的设计，对建筑能耗、环境性能、室内空气质量与用户所处的视觉和热舒适环境有根本性的影响。通过对这些部分进行技术改造，其节能效果可达20％～40％。通过改善建筑物围护结构的热工性能，在夏季可减少室外热量传入室内，在冬季可减少室内热量流出室外，使建筑热环境得以改善，从而减少建筑的冷、热消耗76。围护结构的主要节能技术有外墙节能技术、门窗节能技术（门窗也是能量损失最严重的部位）和屋顶节能技术。
③降低能耗。采暖和制冷是建筑能耗的主要部分，这两者的耗能占到建筑耗能的50%，降低这部分能耗将对节能起到重要的作用。这就需要提高供暖(制冷)系统的效率，开发各种节能电器、节能材料及电力管理系统，以提高设备本身的效率、管网传送的效率、用户端的计量，以及室内环境控制装置的效率等。
（2）利用新能源
在建筑节约能源、降低排放方面，新能源的利用起着至关重要的作用。人们对太阳能的利用方式进行了广泛的探索，取得了一些成就，前面所谈到的光伏建筑一体化就是一个典型的例子，而太阳能光热的利用技术在建筑中的使用也日趋成熟与广泛。在利用地热能时，一方面可利用高温地热能发电或直接用于采暖供热和热水供应；另一方面，可借助地源热泵和地道风系统来利用低温地热能。风能发电较适用于多风海岸线、山区和易引起强风的高层建筑上，在英国和中国香港已有成功的工程实例，但在建筑领域，较为常见的风能利用形式是自然通风方式和与太阳能光伏结合的风光互补式发电系统。
建筑节能是一项全方位的综合性系统工程，建筑节能技术涉及建筑技术、材料技术、能源技术、智能技术、仿生技术、废物再利用技术等；还涉及设计、施工、管理、政策法规等诸多部门，是一项全方位的、综合性的系统工程。为了达到有效的建筑节能目的，需要相关行业开发技术含量高的节能产品，如节能型电梯、节能型空调、节能型灯具等，并开发新的能源利用技术，使建筑逐渐实现低能耗、零能耗。这才是实现建筑节能的根本技术途径。
（3）展望未来：低碳社区技术路线
建设低碳社区，首先要从规划入手，设立社区的碳减排目标。所谓“低碳社区”，至少应要求其人均碳排放水平低于全国或当地的平均水准。一是分析可资利用的资源，例如，根据当地日照条件（当量满负荷日照小时数）和园区内可安装太阳能设施的表面，确定最大可获得的太阳能资源；根据当地土壤的大地热流值、适宜利用的土地面积，计算可持续利用的本区域地热泵的热源量；根据当地农业特点和收运条件，计算可利用的生物质能源资源及使用的经济性。二是用情景分析方法和能耗模拟软件分析园区内建筑负荷的特点。利用负荷的同时系数降低高峰负荷，是减碳的重要措施，必须改变用负荷指标决定系统规模的习惯做法，选择合适的供能系统。三是相对于传统能源，可再生能源的供能强度较低，提供单一建筑面积的能源需求，往往需要数倍的装置面积。因此，可再生能源只有集成和集中应用才可能发挥其规模效应。四是认真分析区域供能系统的经济性和合理配置，将协同效应发挥到最大，将损失降到最小。
对系统进行能耗分析和环境评价，计算该系统中的碳足迹，对照减碳目标进行调整。充分考虑社区内碳汇条件和交通能耗特点，选择合适的物种和合适的交通方式，在整个园区范围内研究碳中和及碳平衡。建立高效的系统调适和运行管理体系，因为最终的减碳量是要通过运行管理来实现的77。
（4）节能电力：智能电网
目前全球二氧化碳的排放量中，45%左右是电力生产造成的，所以使用低碳电力是实现低碳经济最为关键的组成部分。低碳经济、低碳能源、低碳电力是一个逻辑链条，现在应当对“发—输—配—用”的整个电力链条进行重新思考。电能的清洁、高效、方便，使它成为低碳经济最主要的动力。而低碳电力就是要求电力在“发、输、配、用”过程中的低碳化、高效化和安全化，只有这样，整个低碳电力才能促进经济的可持续发展。实现电力利用需要载体，这个载体就是电网，为实现低碳电力，智能电网就运用而生。
智能电网，就是电网的智能化，即在发电、输电、配电、用电等环节应用大量的新技术，构建一个将能源开发、输送、库存、转换与终端用户的各种电气设备，通过数字化信息网络系统连接在一起，并通过智能化控制使整个系统得以最终优化78。智能电网建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法，以及先进的决策支持系统技术的应用，最终实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。
与传统电网相比，首先，智能电网能更迅速地对人为或自然发生的扰动做出判断、识别和反应，以便在自然灾害、外力破坏和计算机攻击等不同情况下保证人身、设备和电网的安全。其次，智能电网能优化资源配置，提高设备传输容量和利用率，借助先进的传感器和自控技术，在不同区域间进行实时调度，以平衡电力供应。再次，智能电网还能根据电价制度，动态地选择最“实惠”的用电时段。最后，智能电网具有强大的兼容性，支持可再生能源的接入和大规模应用。换句话说，就是风能和太阳能发出的电也可以很方便地接入智能电网，接受智能电网的统一调度和分配，这对于环境保护和社会经济的和谐发展具有重要意义。
在智能电网的研究领域，美国和欧盟开展较早，研究群体最为强大，但两者的关注点有明显差异。
美国把重点放在电力网络基础架构的升级换代上，同时最大限度地利用信息技术，实现系统智能取代人工操作，有明显的“技术至上”特点。2008年3月，美国科罗拉多州的波尔得市成为美国第一个智能电网城市。2009年1月，美国总统奥巴马宣布将在未来3年内为美国家庭安装4000万个智能电表。8月，网络巨头谷歌与通用电气宣布共同开发清洁能源，合力打造美国的智能电网。
相比之下，欧盟重点关注的是可再生能源和分布式能源（即发电系统以小规模、分散的方式布置在用户附近就近供应，可独立地输出电、热或冷能）的发展，有明显的“绿色”特点。2006年欧盟理事会的《能源绿皮书》强调，智能电网技术是保证欧盟电网电能质量的关键技术和发展方向，目前英、法、意三国都在加快推动智能电网的应用和变革，意大利在2001年率先实现了国内部分电网的智能化。79
智能电网技术一般包括以下内容：先进的配电自动化技术；可再生能源发电、电源接入和并网技术；需求响应（即需求侧管理技术）；分布式发电技术；高级计量—无线、自动计量读数技术；电力储能技术(蓄电池、混合动力电动汽车）等。由于智能电网技术复杂，涉及多个高新技术领域，这里只简述它的一些主要特征，并通过这些特征描述智能电网的完整景象。
智能电网具有自愈功能。“自愈”指的是把电网中有问题的元件从系统中隔离出来，并且在很少或不用人为干预的情况下可以使系统迅速恢复到正常运行状态，从而几乎不中断对用户的供电服务。从本质上来讲，自愈就是智能电网的“免疫系统”，这是智能电网最重要的特征。自愈电网进行连续不断的在线自我评估以预测电网可能出现的问题，发现已经存在的或正在发展的问题，并立即采取措施加以控制或纠正，从而确保了电网的可靠性、安全性、电能质量和效率。自愈电网经常采用连接多个电源的网络设计方式，当出现故障或发生其他问题时，在电网设备中的先进传感器确定故障并和附近的设备进行通信，以切除故障元件或将用户迅速地切换到另外的可靠电源上；同时，传感器还有检测故障前兆的能力，在故障实际发生前，将设备状况告知系统，系统就会及时地提出预警信息。
